Устройство для обнаружения пожара на промышленных объектах
Полезная модель относится к устройствам пожарной сигнализации, а точнее к устройствам обнаружения пожара на промышленных объектах, в частности, предприятиях нефтепереработки, резервуарных парках хранения нефтепродуктов, сложных технологических установок в том случае, когда применение традиционных средств обнаружения пожара нецелесообразно по технико-экономическим показателям.
Задачей настоящей полезной модели является автоматическое обнаружения пожара по нескольким признакам на основе анализа сигнала, получаемого в видеокамеры.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является достоверное обнаружение пожара с автоматическим формированием тревожного извещения в систему пожарной сигнализации и одновременной архивацией соответствующего видеоизображения для его последующего анализа. Повышение достоверности обнаружения пожара достигается тем, что в процессе функционирования устройства на промышленном объекте обеспечивается одновременно обнаружение и идентификация таких факторов пожара, как пламя, дым, обрушение строительных конструкций с учетом различных условий освещенности и внешних искажений.
Настоящая полезная модель относится к устройствам пожарной сигнализации, а точнее к устройствам обнаружения пожара на промышленных объектах, в частности предприятиях нефтепереработки, резервуарных парках хранения нефтепродуктов, сложных технологических установок в том случае, когда применение традиционных средств обнаружения пожара не целесообразно по технико-экономическим показателям.
Из уровня техники известны устройства (программно-аппаратные комплексы, системы) видеодетекции, которые применяются для видеомониторинга, обнаружения, идентификации и распознавания объектов и ситуаций, а также обнаружения пожара.
Известно устройство обнаружения пожара по видеоизображению [1], которое состоит из видеокамеры, блока обработки информации, интерфейса передачи извещений. Принцип действия устройства основан на анализе изображений по структурной и частотной составляющим видеопоследовательности, то есть оно фактически является детектором активности с программной поддержкой, позволяющей обнаружить пожар.
Ограничениями данного устройства является малый размер контролируемой зоны, узкий динамический диапазон, отсутствие защиты от искажающих факторов окружающей среды, что повышает вероятность ложных срабатываний и не допускает использование данного устройства в качестве пожарного извещателя на промышленных объектах.
Известно устройство обнаружения пламени по видеоизображению [2], которое состоит из видеокамеры, цифрового сигнального процессора и вспомогательных устройств. Принцип работы устройства состоит в выделении на видеоизображении участков, похожих на пламя, и анализ их постоянной и переменной составляющих по специальному алгоритму.
Недостатком данного устройства является сложность идентификации пламени, которое находится на значительном удалении от камеры, кроме этого высока вероятность его ложного срабатывания на открытых технологических площадках, что ограничивает его использование в системе пожарной сигнализации на промышленных объектах.
Известно устройство для обнаружения пожара путем "сравнения образов" [3], принцип действия которого основан на выделении на анализируемом видеоизображении участков, похожих на пламя, сравнением выделенных фрагментов с базой данных возможных источников искажения, а также моделей реального пламени, как по форме, так и по частоте их изменения (флуктуациям).
Применение данного устройства ограничивает конечное количество хранимых идентификаторов пламени и элементов возмущающих оптических источников, высокие аппаратные требования, сложность программирования для конкретного объекта защиты.
Известно устройство обнаружения дыма по видеоизображению [4], которое содержит видеопроцессор и видеонакопитель. Принцип действия устройства основан на выделении групп пикселей на основе анализа яркостной составляющей и траектории их движения.
Применение данного устройства в качестве пожарного извещателя ограничено из-за того, что преобладающим фактором в начальный момент пожара не всегда является дым, кроме этого достаточно высока вероятность ложного срабатывания вследствие конвективных потоков нагретого воздуха от металлических стенок технологических установок и аппаратов в летнее время.
Известно устройство обнаружения дыма и тумана [5], принцип действия которого основан на анализе отдельных участков (сегментов) ко всему видеоизображению в целом. Определение наличия дыма, тумана или тени производится путем сравнения свойств видеопоследовательности обнаруженных объектов со свойствами опорных изображений, которые генерируются при идеальных условиях окружающей среды.
Недостатком данного устройства является низкая надежность действия в условиях тумана, а также большая инерционность, что уменьшает достоверность обнаружения пожара.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является система автоматического распознавания объектов и ситуаций [6] содержащее видеокамеру, вычислительное устройство с памятью, подвижную видеокамеру, блок распознавания цели (обнаружения пожара или другой тревожной ситуации) и терминал наблюдения. Выход видеокамеры через вычислительное устройство, подвижную видеокамеру, блок распознавания цели подключен к входу терминала наблюдения, вычислительное устройство соединено с блоком распознавания цели.
Недостатком прототипа являются низкая достоверность его функционирования в сложных помеховых условиях промышленного объекта, что не позволяет использовать его в системах автоматической пожарной сигнализации и пожаротушения.
Задачей настоящей полезной модели является автоматическое обнаружения пожара по нескольким признакам на основе анализа сигнала, получаемого в видеокамеры.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является достоверное обнаружение пожара с автоматическим формированием тревожного извещения в систему пожарной сигнализации и одновременной архивацией соответствующего видеоизображения для его последующего анализа. Повышение достоверности обнаружения пожара
достигается тем, что в процессе функционирования устройства на промышленном объекте обеспечивается одновременно обнаружение и идентификация таких факторов пожара, как пламя, дым, обрушение строительных конструкций с учетом различных условий освещенности и внешних искажений.
Указанная техническая задача решена за счет того, что в известное устройство - прототип, содержащее видеокамеру и блок обнаружения пожара, введены фильтр искажений, блок распознавания искажений, блок анализа фона и модуль принятия решений, выход видеокамеры подключен к входам фильтра искажений, блока распознавания искажений, первому входу блока обнаружения пожара и первому входу модуля принятия решений, выход фильтра искажений подключен ко второму входу модуля принятия решений, выход блока распознавания искажений подключен к третьему входу блока обнаружения пожара, выход блока анализа фона подключен к четвертому входу блока обнаружения пожара, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам модуля принятия решений.
Блок обнаружения пожара состоит из детектора пламени, детектора дыма и детектора активности, первый вход детектора активности является первым входом блока обнаружения пожара, объединенные первые входы детектора пламени и детектора дыма являются вторым входом блока обнаружения пожара, объединенные вторые входы детектора пламени и детектора дыма являются третьим входом блока обнаружения пожара, объединенные второй вход детектора активности и третий вход детектора дыма являются четвертым входом блока обнаружения пожара, выходы детектора пламени, детектора дыма и детектора активности являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока обнаружения пожара.
Модуль принятия решения содержит блок логический, блок формирования извещений и блок архивации, объединенные первый вход блока архивации и первый вход блока формирования извещений являются первым входом модуля принятия решений, входы блока логического являются соответствующими вторым, третьим и четвертым входами модуля принятия решений, выход блока логического подключен к объединенным вторым входам блока формирования извещений и блока архивации.
На фиг.1 изображена блок-схема заявляемого устройства для обнаружения пожара.
Устройство содержит видеокамеру 1 фильтр искажений 2, блок распознавания искажений 3, блок анализа фона 4 блок распознавания пожара 5 и модуль принятия решений 6.
Выход видеокамеры 1 подключен к входу фильтра искажений 2, к входу блока распознавания искажений 3, первому входу блока обнаружения пожара 5 и первому входу модуля принятия решений 6, выход фильтра искажений 2 подключен к второму входу модуля принятия решений 5, выход блока распознавания искажений 3 подключен к третьему входу блока обнаружения
пожара 5, выход блока анализа фона 4 подключен к четвертому входу блока обнаружения пожара 5, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам модуля принятия решений 6.
Блок обнаружения пожара 5 содержит детектор пламени 7, детектор дыма 8 и детектор активности 9.
Первый вход детектора активности 9 является первым входом блока обнаружения пожара 5, объединенные первые входы детектора пламени 7 и детектора дыма 8 являются вторым входом блока обнаружения пожара 5, объединенные вторые входы детектора пламени 7 и детектора дыма 8 являются третьим входом блока обнаружения пожара 5, объединенные второй вход детектора активности 9 и третий вход детектора дыма 8 являются четвертым входом блока обнаружения пожара 5, выходы детектора пламени 7, детектора дыма 8 и детектора активности 9 являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока обнаружения пожара 5.
Модуль принятия решений 6 содержит блок логический 10, блок формирования извещений 11 и блок архивации 12.
Первый вход блока архивации 12 и первый вход блока формирования извещений 11 являются первым входом модуля принятия решении 6, входы блока логического 10 являются соответствующими вторым, третьим и четвертым входами модуля принятия решений 6, выход блока логического 10 подключен к объединенным вторым входам блока формирования извещений 11 и блока архивации 12.
Для достижения технического результата при осуществлении полезной модели могут быть использованы следующие варианты технической реализации отдельных блоков.
Видеокамера 1 выполнена на основе ПЗС матрицы, например Sunkwang SK-M290, и служит для преобразования видеоизображения в цифровой сигнал.
Фильтр искажений 2 является программно-аппаратным блоком, который связан с телекамерой и предназначен для очистки сигнала с телекамеры от кратковременных искажающих факторов.
Фильтр распознавания искажений 3 связан с телекамерой и представляет собой программно-аппаратный блок (видеодетектор), который необходим для распознавания и компенсации искажающих факторов, вызванные атмосферными явлениями.
Блок анализа фона 4 представляет собой аппаратное устройство, которое содержит датчик освещенности и устройство управления, предназначенное для учета освещенности в целях качественной работы видеодетекторов в любое время суток.
Детекторы пламени 7, дыма 8 и активности 9 представляют собой программно-аппаратные устройства, используют стандартную элементную базу и являются независимыми видеодетекторами. Предпочтительно, детектор
пламени 7 состоит из блока распознавания светлых сегментов на анализируемом видеоизображении и блока анализа цветовой интенсивности. Заданный алгоритм функционирования видеодетектора пламени обеспечивает анализ цифрового видеосигнала, основанный на выделении и анализе светлых сегментов на изображении и последующего их анализа по цветовой интенсивности и динамической составляющей. Блок распознавания светлых сегментов представляет собой видеопроцессор [2], блок анализа цветовой интенсивности представляет собой микропроцессор [3].
Предпочтительно, видеодетектор дыма 8 состоит из блока распознавания темных сегментов и блока векторного анализа. Заданный алгоритм функционирования видеодетектора дыма обеспечивает анализ цифрового видеосигнала, основанный на выделении и векторного анализа темных сегментов на изображении. Блок распознавания темных сегментов представляет собой видеопроцессор, блок векторного анализа представляет собой микропроцессор [4].
Видеодетектор активности 9 связан с видеокамерой 1 и представляет собой программно-аппаратный комплекс, выполненный на микропроцессоре [7], который является программируемым обнаружителем движения.
Модуль принятия решений 6 связан с видеодетекторами пламени 7, дыма и активности, а также с видеокамерой 1.
Блок логический 10 представляет собой набор логических элементов с программируемой логикой. Блок формирования извещений 11 представляет стандартный модуль преобразования сигналов к пакетной форме передачи данных. Блок архивации 12 представляет собой энергонезависимое запоминающее устройство с контроллером.
Устройство работает следующим образом:
Цифровой сигнал с видеокамеры 1 поступает на фильтр искажений 2, блок распознавания искажений 3, детектор активности и модуль принятия решений. В фильтре искажений 2 происходит его очистка от искажений, вызванных кратковременным появлением в зоне обнаружения летящих целей, вспышек молний и т.п. В блоке распознавания искажений 3 происходит распознавание искажений, вызванных условиями окружающей среды и погодными условиями, не связанными с пожаром, такими как атмосферные осадки, ветер, туман, и т.п. Распознанные искажения учитываются в алгоритме работы детектора пламени 7 и детектора дыма 8. В детекторе активности 9 происходит обнаружение движения в заданных областях.
Блок анализа фона 4 содержит фотоэлемент для определений условий освещенности объекта и выбора режима "день/ночь". Информация с блока анализа фона 9 учитывается при детекции видеосигнала в блоках 8 и 9.
После фильтра искажений 3 цифровой видеосигнал поступает на детектор пламени 7 и детектор дыма 8. В блоке 7 происходит анализ всего кадра видеоизображения и выделение на нем светлых зон (сегментов), "похожих" на пламя. Цветовая интенсивность и переменная составляющая выделенных
светлых сегментов анализируется на видеоряде, например, из 8 кадров. При наличии определенного уровня интенсивности яркости по каждому цветному каналу и флуктуации переменной составляющей определенной частоты, происходит выдача сигнала о срабатывании детектора пламени 7.
В блоке 8 происходит анализ всего кадра видеоизображения и выделение на нем темных зон (сегментов), "похожих" на дым. Векторная скоростная составляющая перемещения темных сегментов анализируется в блоке 8 на видеоряде, например, из 8 кадров. При наличии определенного вектора и скорости переменной составляющей, происходит выдача сигнала о срабатывании видеодетектора дыма 8.
В блоке 9 происходит детекция движения на заранее запрограммированных участках изображения. Сигнал о срабатывании детектора активности 9 выдается при наличии интенсивности движения заданного уровня.
На модуль принятия решений 6 поступают сигналы о срабатывании детектора пламени 7, детектора дыма 8 и детектора активности, а также цифровой сигнал с видеокамеры для передачи на пульт наблюдения (на фиг.1 не показан) и архивации. Блоком логическим 10, в соответствии с заданным алгоритмом, принимается решение о пожаре: например при срабатывании двух и более детекторов за определенный промежуток времени, или срабатывании одного из детекторов с определенной периодичностью. Затем сигнал о пожаре поступает и в блок архивации 11, где по команде с блока логического 10 он записывается в энергонезависимой памяти, и в блок формирования извещений 12. Блок 12 формирует извещения о пожаре, а также преобразует видеоизображение в пакетную форму передачи данных для передачи по команде в сигнальную линию.
Устройство согласно настоящей полезной модели предназначено главным образом, для использования в системах пожарной сигнализации и пожаротушения для защиты крупных промышленных объектов, в том числе резервуарных парков хранения нефтепродуктов, сложных и крупногабаритных технологических установок на предприятиях нефтепереработки.
Оно может быть установлено в труднодоступных местах, без постоянного пребывания людей, а также в традиционных случаях для повышения достоверности и уменьшения времени обнаружения пожара.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Bosch R. Imaging fire detector. Patent WO 01/67415 A1, 13.08.2001.
2. Privalov G., Privalov D. Early fire detection method and apparatus. United States Patent №6184792, Feb. 6, 2001.
3. Yamagishi Т., Kishimoto M. Fire detection system utilizing relationship of correspondence with regard to image overlap. United States Patent №5926280, Jul. 20, 1999.
4. WO 02/054364 A2. SIMENS BULDING TECNOLOGIES. 11. jul. 2002.
5. Wixon E., Rocky H. Method and apparatus for determining ambient conditions from an image sequence, such as fog, haze or shadows. United States Patent №603 7976, Mar. 14, 2000.
6. Система и способ автоматизированного видеонаблюдения и распознавания объектов и ситуаций. Патент RU 2268497 С2 G08B 25/00, 01.2006.
7. Гедзберг Ю.М. Охранное телевидение. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 312 с.
1. Устройство для обнаружения пожара, содержащее видеокамеру и блок обнаружения пожара, отличающееся тем, что в него введены фильтр искажений, блок распознавания искажений, блок анализа фона и модуль принятия решений, выход видеокамеры подключен к входу фильтра искажений, входу блока распознавания искажений, первому входу блока обнаружения пожара и первому входу модуля принятия решений, выход фильтра искажений подключен к второму входу блока обнаружения пожара, выход блока распознавания искажений подключен к третьему входу блока обнаружения пожара, выход блока анализа фона подключен к четвертому входу блока обнаружения пожара, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам модуля принятия решений.
2. Устройство для обнаружения пожара по п.1, отличающееся тем, что блок обнаружения пожара состоит из детектора пламени, детектора дыма и детектора активности, первый вход детектора активности является первым входом блока обнаружения пожара, объединенные первые входы детектора пламени и детектора дыма являются вторым входом блока обнаружения пожара, объединенные вторые входы детектора пламени и детектора дыма являются третьим входом блока обнаружения пожара, объединенные второй вход детектора активности и третий вход детектора дыма являются четвертым входом блока обнаружения пожара, выходы детектора пламени, детектора дыма и детектора активности являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока обнаружения пожара.
3. Устройство для обнаружения пожара по п.1, отличающееся тем, что модуль принятия решений содержит блок логический, блок формирования извещений и блок архивации, объединенные первый вход блока архивации и первый вход блока формирования извещений являются первым входом модуля принятия решений, входы блока логического являются соответствующими вторым, третьим и четвертым входами модуля принятия решений, выход блока логического подключен к объединенным вторым входам блока формирования извещений и блока архивации.
